浮法熔窑干式鼓泡器应用分析

屈武

（东莞南玻太阳能玻璃有限公司 东莞 523141）

0 引言

随着社会工业化发展的进步，传统制造业中玻璃生产技术为了同步适应市场需求也相应不断地进行技术革新与完善。有助于提升玻璃产量、质量及窑炉寿命、降低能耗等新兴技术应运而生。玻璃行业的发展与壮大得益于新理念新技术的推广应用。

1966年世界第一个鼓泡技术发明专利产生，后逐渐应用于玻璃生产。简单来说，玻璃熔窑池底鼓泡技术就是采用将部分气体通过鼓泡装置在熔窑池底连续鼓泡，通过气泡的搅动来促进玻璃液的对流和均化。多年实践证明，鼓泡技术是最有效、最经济的强化玻璃液流的措施［1］。由于玻璃熔窑的鼓泡技术经济、安全、实用、易操作而被广泛地应用。

目前在玻璃窑炉上使用两类鼓泡器，水冷式鼓泡器和风冷式鼓泡器（又称干式鼓泡器）［2］，两者各有优劣。水冷式鼓泡器：水冷式鼓泡枪由金属管复合而成，用高压水冷却金属管内部，可在1600 ℃高温下使用，寿命可达一个窑期。冷却水量较大（单支鼓泡管用水约3.6 m3/h），水质要求高，不可避免地存在一定的安全隐患。且水冷式鼓泡系统投入、运行成本要高于干式鼓泡。干式鼓泡系统中，鼓泡管插入到玻璃液的长度少，约为300 mm，可取消对鼓泡管的水冷却；另停电停气可保证鼓泡管不堵；鼓泡管采用特殊材料，抗侵蚀、耐冲刷，可减少熔窑生产隐患。且目前国内干式鼓泡技术可达到单独精确控制每根鼓泡管的泡径及鼓泡频率。缺点是对鼓泡砖的材质要求相对较高且需要单独的冷却风对池底鼓泡砖进行冷却，使用不当对池底鼓泡砖的侵蚀过快会造成安全隐患。

本文立足所在浮法生产线熔窑实际工艺配置及熔化工艺理论，结合生产实际总结干式鼓泡的多年稳定运行及维护经验。

1 干式鼓泡器使用前后对比

我司700 t/d熔窑生产普白玻璃（玻璃铁含量800×10-6），6对小炉，干式鼓泡器位于4号小炉

中心线后1050 mm位置，干式鼓泡器工艺参数：

①鼓泡介质：净化压缩空气；

②鼓泡管规格：金属陶瓷管直径13 mm，长度950 mm；

③鼓泡器使用数量：24支（熔窑内宽13.3 m，鼓泡管间隔520 mm）；

④鼓泡器插入玻璃液深度：350～400 mm；

⑤单支鼓泡器鼓泡方式：连续式，单支鼓泡管压缩空气压力5×104Pa；

⑥鼓泡泡径：300～400 mm。

某浮法线在2017年安装干式鼓泡管前后工艺对比见表1。

表1 熔窑温度对比 ℃

由表1可以看出，使用连续式干式鼓泡可以大幅降低碹顶温度和提高池底玻璃液温度。

2 使用温度制度分析

长期保持熔化工艺核心参数的稳定是浮法玻璃生产板面质量最重要的保障。熔化工艺核心是“四小稳”和气氛，且温度制度是玻璃生产人员普遍最重视的工艺技术，同时鼓泡对温度的影响是很明显的，鼓泡的运用必须结合温度制度来进行调整控制。

建立合理的温度制度的目的是要控制好窑内的温度，使窑内的玻璃液始终保持良好的熔化质量和达到最高的热效率。普通的浮法熔窑往往采用“双高热负荷点”温度制度，即在配合料较多的1#、 2#小炉投入较多的燃料，使配合料在此处被基本熔化。增大5#小炉燃料量，利于强化玻璃液的高温澄清和均化作用。适当减少处在泡沫稠密区的3#、 4#小炉的燃料量，这样合理分配燃料能够降低燃料的消耗量。我司有鼓泡的浮法熔窑根据实际工艺配置未按双高热负荷给定温度制度，选取“山形”曲线，具体参数见表2。

表2 温度制度控制参数

24支干式鼓泡器采用连续式鼓泡，单支通入压缩空气压力为5×104Pa（整体泡径一致）。很明显24支鼓泡的作用直接影响碹顶温度和池底温度，所鼓气泡剧烈浮升带来强大的机械力稳定沫子区，玻璃液热效率上升，澄清温度也明显提高（手测澄清红外温度1430 ℃左右），故5#炉热负荷不再需要 如“双高热负荷”高温澄清给定的那么高。

对应采用“山形曲线”热负荷分配是合适的，控制沫子在鼓泡前突出热点稳定液流，在大幅升降拉引量过程中调整热负荷保证液流匹配是可行的。具体温度曲线见图1。

图1 熔窑手测小炉前腿红外温度曲线

3 日常维护

3.1 鼓泡安全

鼓泡管一般是从熔窑底部穿过池底砖结构深入玻璃液的，因此鼓泡区砖结构必须配合鼓泡装置进行相应设计，并要防止鼓泡区漏料现象的发生［3］。 我司浮法线熔窑鼓泡砖选用41#AZS砖，厚度450 mm。24块鼓泡砖下方分别单独吹风冷却，并辅助测温监控，根据温度高低相应调整吹风冷却强度。鼓泡砖用红外枪测量温度，多年来保持300 ℃左右。

考虑鼓泡加速了液流，增加了深层玻璃液的温度，加快了池底的侵蚀，因此鼓泡喷嘴至少要在池底以上300 mm左右［4］。浮法熔窑选用的金属陶瓷干式鼓泡器满足插入池底300 mm以上条件，为了安全考虑，采取定期更换的形式（每2年更换一次），确保窑炉池底安全。

干式鼓泡器有脉冲式和连续式两种主要控制方式，精密脉冲式鼓泡多应用在日用玻璃熔窑中。笔者从玻璃液流基础理论出发坚持浮法熔窑选用连续式鼓泡，降低鼓泡对玻璃液上下对流的冲击力影响来延缓鼓泡砖侵蚀。

3.2 鼓泡对液流的影响

熔窑内的玻璃液从大的方面可分为三个区域，分别为投料回流区、成形流区和不动层。就熔化操作来讲，各个区域都有自己的特征。投料回流区主要用来熔化原料，成形流区用于澄清、均化和冷却玻璃液，而不动层三角区则由投料回流和成形流二者相互作用而成，是熔化制度是否稳定、运行工况是否合理的主要特征之一。玻璃液流发生了紊乱易将熔化不良的玻璃液带入成形流，同时不动层三角区长时间沉积的杂质可能带入成形流影响玻璃质量。要获得优质的适合于成形的玻璃液，关键就是要控制好玻璃液流状况，包括玻璃液温度场和速度场，保证前行流和回流的直流流速和流层厚度，使得玻璃液的宏观质量不受影响。

正常稳定拉引量生产时，因鼓泡设计安装在窑炉热点区域，其平稳运行，保障窑内液流保持相对稳定。然而当遇到换砂或者硅砂换批次时，窑内熔化速度发生变化造成泡沫区的变化，直接影响之前稳定熔化形成的热点前移或推后。由于鼓泡器位置固定，鼓泡机械流是一直不变的，因原料变化造成的熔化速度快慢变化在边界条件内波动时难以看出其对玻璃质量的影响，但是当变化超过鼓泡液流的屏障作用后玻璃产品出现的气泡结石缺陷会有明显变化。日常生产中熔化区域工程师要重点监控熔窑泡沫区的变化，及时调整工艺保持与鼓泡工艺的匹配，尽量控制泡沫区不出鼓泡，同时鼓泡前泡沫区也不要明显变小。泡沫区饱满泡界线清晰说明窑内热点稳定突出。

另在拉引量大幅变化时，如何尽可能减少玻璃液流和温度场的波动就显得十分关键。不同拉引量下，料堆和泡界线位置会有相当大的变化。提升拉引量时，单位时间内单位熔化面积熔化的玻璃液将增加，此时如果热量供给不足，会引起料堆偏远，降低拉引量时，单位时间内单位熔化面积熔化的玻璃液将减少，此时如果热量过多，料堆会变近，泡界线也会有相应的变化。而针对有干式鼓泡的熔窑，强大的机械力远大于窑内温度差造成的回流强度，大幅升降拉引量造成的液流变化幅度必须匹配鼓泡影响的前后回流，即升降拉引量运行时热点位置不能与鼓泡位置偏差过多造成液流紊乱。

4 结语

浮法熔窑干式鼓泡器的成功应用得益于从实际生产中提炼总结出来的工艺参数，可操作性强，经过多年的实践，可保证生产产品质量的稳定，非常适合大型玻璃熔窑的推广和借鉴。但每座窑炉都有自己的特点，加上熔化影响因素较多，在实施过程中应根据自身的工艺制度和操作控制经验，灵活调整加以优化和改善。